USB Port Strombelastbarkeit

[robocat]

Hallo ihr,
kurz zum Projekt, es soll ein Spielzeugkatzentier (Fur Real Friend) am USB Port betrieben werden. Normalerweise hat das Spielzeug 3x 1,5V (AAA) Batterien, 5V verkraftet es aber problemlos. Die Stromaufnahme im Betrieb sind vielleicht 200mA, aber im Einschaltmoment zieht der darin eingebaute Motor locker 500mA, ich schliesse nicht aus (muss ich noch messen) dass das auch 0,8A sein können.
Deswegen meine Frage, ob der USB Port für ganz kurze Zeiträume auch mehr als die spezifizierten 500mA hergibt - oder schaltet er dann ab oder geht sogar kaputt?
Wenn ich, was ja naheliegend ist, die Stromspitze mit einem großen Elko puffere, dann stellt sich wiederum die Frage, ob der USB Port das mitmacht, denn wenn ich das Ding anstöpsel, ist ja der Elko erst mal leer und ist für kurze Zeit auch recht stromhungrig.
Alternativ, gibt es eine Möglichkeit, so einen Pufferelko langsamer zu laden?
Oder mache ich mir zu sehr Gedanken um ein Problem, das in der Praxis irrelevant ist?
23792

Grüße von der Katze

[oberallgeier]

... USB Port ... für ganz kurze Zeiträume auch mehr als die spezifizierten 500mA ...Bekanntlich bin ich ja elektronisch eher unbedarft, aber ich würde - wenn das mein Problem wäre und ich sicher gehen wollte - einfach ne Konstantstromquelle (siehe dort) daran anschließen. Die sollte doch übermässigen Stromhunger abfangen . . . ?

[PICture]

Hallo!

So wie ich mir noch erinnern kann, darf für Betriebsystem unerkantes Gerät max. 100 mA vom USB "ziehen", bin aber nicht mehr aufm Laufendem. ;)

[markusj]

Deswegen meine Frage, ob der USB Port für ganz kurze Zeiträume auch mehr als die spezifizierten 500mA hergibt - oder schaltet er dann ab oder geht sogar kaputt?

Ich habe es noch nie darauf ankommen lassen, aber meinem Wissensstand nach gibt es da Mechanismen zum Selbstschutz. Vermutlich wird der Port deaktiviert. Es wäre daher sinnvoll, den Ladestrom der Elkos zu drosseln. Wie schon geschrieben wurde, darfst du eigentlich nur 100mA ziehen, die 500mA muss dir der Host zuteilen.

mfG
Markus

[robo_tom_24]

Bei den modernen Kisten mit USB 3.0 gibts ja diese speziellen USB Ports. Die können einerseits Dauerplus liefern (Handy laden etc) andererseits bis zu 1A wenn ich mich recht erinnere ;)

[PICture]

Am enfachsten finde ich umgebastelten Steckernetzteil, der (fast) sicher kleiner und billiger als PC/Laptop seien könnte bzw. per USB aufladbaren Li-Po Akku (mit Schutzschaltung).

[robocat]

Vielen Dank für eure Antworten!

Entschuldigt, ich habe ein paar Informationen unterschlagen, die schon relevant sind, war keine Absicht.
Die Spielzeugkatze bekommt einen Controller und Software, meldet sich als vollwertiges USB Gerät beim Betriebssystem an und darf dann (hoffe ich) auch die vollen 500mA kriegen. Der Sinn ist, dass, wenn mich jemand im IRC (Chatprogramm) herbeiruft, die Katze losgeht. Ich hatte das an meinem alten PC mit Parallelport in Betrieb, da lief das Ding mit Batterien. Eleganter wäre aber natürlich, Stromversorgung auch gleich über USB zu haben.

USB3.0 steht nicht zur Verfügung, es gibt allerdings USB 2.0 Ports, die auch ohne Anmeldung 500mA "rausrücken", da halten sich die Hersteller wohl nicht immer ganz exakt an die Spezifikationen; das sollte aber eh egal sein, wie gesagt, das Kätzchen wird als vollwertiges USB Gerät im System angemeldet.

Eine zusätzliche Versorgung über Steckernetzteil oder 5V aus dem PC oder Akku oder Batterien würde ich am liebsten vermeiden. Das war missverständlich, der PC ist nicht nur die Stromquelle sondern auch der Signalgeber fürs Kätzchen.

Die von Joe verlinkte Stromquelle führt zu einem Spannungsabfall von 1,25V über den Shunt, kann das sein?

Der Spannungsregler stellt sich so ein, daß zwischen "Vout" und "Adj." 1,25 V liegen.
Das wären dann nur noch 3,75V dahinter - oder macht der Regler das erst, wenn genug Strom fliesst? Hier habe ich noch ein bisschen Erklärungsbedarf und wäre über Aufklärung dankbar. Denn 3,75V reichen vermutlich nicht, um mein Spielzeug in Betrieb zu nehmen.

Nochmals danke für eure Hilfe,
Katze

[Zameer]

Wie wäre es denn, wenn du das Usb-Kabel moddest?
So dass du den Saft von der Usbbuchse selbst nicht beziehst sondern über dein Netzteil via Molexstecker?
Dann wäre man etwas freier mit der Stromversorgung.

[PICture]

@ robocat

Das ändert ganz meine Vorstellung, du brauchst also eine Konstantstromquelle (KSQ), die bei sehr geringem Spannungsabfall funktioniert. Dafüt ist ein IC Spannungsregler (LM317) nicht geeignet, da er immer min. 1,25 V mehr am Eingang als am Ausgang braucht um eingestellten Strom zu liefern.

Mir fällt eine "verrückte" und unausprobierte Idee mit einem p-n-p Transistor (T), der sollte bei weniger als 0,1 V funktionieren. Der Prinzip ist, dass Kollektorstom (Ic) = ß * (Ib) Basisstrom (siehe Skizze). Da die KSQ nicht genau seien muss, könnte es hinhauen, man muss halt ausprobieren. Beim Kurzschluss am Ausgang (Spielzeug) muss die Wärme 5 V * Ic abgeführt werden, damit sich der Transistor nicht in eine leuchtende LED umwandelt. ;)

Ic
--> .---------.
+ >------ T ----->| |
v / | |
--- | |
| | |
5V aus USB .-. |Spielzeug|
|| |R | |
Ib|| | | |
V'-' | |
| | |
- >-------+------>| |
'---------'

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[Thomas$]

oder über 2. usb port den strom nimmst so wie es bei vielen externen festplatten der fall ist

[robocat]

Zameer: Danke für den Vorschlag, aber, ich bin sicher ihr kennt das, man hat eh schon genug Kabelchaos am PC, da hätte ich am liebsten auf ein Y-Kabel verzichtet. Ich frage mich, wie das USB_Festplatten (da gibt es ja inzwischen auch 2,5" Versionen, die ohne externe Versorgung auskommen) lösen. Die brauchen ja auch beim Anfahren viel Strom, der entweder erst in Puffer-Kondensatoren rein muss, oder - zumindest für kurz - aus dem Port kommen muss.

PICture: Deine "verrückten" Ideen sind mir immer die liebsten! Vielen Dank, vielleicht funktioniert das tatsächlich. Ich werde später mal die Stromaufnahme des Kätzchens messen, danach testen ob es mit Strombegrenzung überhaupt anläuft, und dann schauen, ob das Problem mit dieser einfachen Schaltung nicht vielleicht sogar schon behoben ist. :-)

Grüße von der Katze

[PICture]

Mir ist noch eingefallen, dass die o.g. vereinfachte KSQ nur seriell mit dem Motor geschaltet werden sollte, damit der USB Controller im Spielzeug immer gleiche stabile Versorgungsspannung von USB hat und mit dem PC ungestört komunizieren kann. Um höheren Anlaufstrom als die KSQ zulässt zu gewerleisten, würde ich paralell zum Motor(steuerung) noch einen "dicken" Elko anschliessen versuchen. ;)

Spielzeug Ic
.----------. -->
+5V >----------+----------- T -----+
| | | v / |
| .------. | --- |
D+ >-------| | | | /+\
USB | | USB | | .-. ( M )Motor
| |Cont- | | || |R \-/
D- >-------|roller| | Ib|| | |
| '------' | V'-' |
| | | | |
0V >----------+------------+------+
'------ ---'

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

[robocat]

Inzwischen habe ich mich ein bisschen eingelesen in die USB-Spezifikationen, und gebe hier mal ohne Gewähr wieder, was ich rausgefunden habe:
- ein nicht erkanntes USB Gerät darf 100mA bekommen
- angemeldet kann es bis zu 500mA anfordern
- diese Y-Kabel um aus 2 Ports Strom zu kriegen sind streng genommen nicht zulässig
- Kondensator über der Versorgung auf Seiten des USB Gerätes darf nicht größer sein als 10µF
- wird das USB Gerät in den PowerDown Mode geschalten, darf es nur noch 600µA verbrauchen

Ok, nachdem ich nun all das wusste, habe ich es weitgehend ignoriert ;-)
Hoffnung machte mir, dass im Wikipedia-Eintrag zu USB folgendes steht:
Externe 2,5"-Festplatten haben Anlaufströme von 600 mA bis 1100 mA, im Betrieb begnügen sie sich mit 250 mA bis 400 mA (Stand: 2010). Die kurzzeitige Überlastung des USB-Ports wird von fast allen Geräten geduldet, nur wenige Geräte (meist Festplattenrecorder) haben mit besonders stromhungrigen Festplatten Probleme.
Mit einem Shunt und Oszi wurde "gemessen", dass das Katzenspielzeug maximal 600mA Strom aufnimmt. Mit einer Schaltung sehr ähnlich zu PICtures Vorschlag wurde der Strom dann mal bei etwa 400mA begrenzt, leider schaffte es das Ding dann nicht mehr, den Kopf zu drehen (Motor blieb stecken und wurde heiss).
Ich habe es dann einfach mal drauf ankommen lassen, und das Spielzeug ohne Strombegrenzung mit meiner Controllerschaltung verbunden und an den USB Port gehängt. Mit meiner Hardware (ist ein Asus Mainboard, kein Laptop - letztere sind teilweise um einiges strikter, was die Einhaltung der Spezifikationen angeht, habe ich gelesen) funktioniert es problemlos. Ich möchte niemandem empfehlen, seine USB Ports zu überlasten, je nach Hardware könnte es schon sein, das sie Schaden nehmen; es wird aber scheinbar nicht alles so heiss gegessen, wie es gekocht wird, auch was die USB Spezifikationen angeht. Bei mir ist das Spielzeug nun seit 2 Tagen in Betrieb.

Grüße von der Katze